Сергей Иванович Вавилов ИСААК  НЬЮТОН Воспроизведено по 2-му просмотренному и дополненному изданию (М.-Л.: Изд. АН СССР, 1945 г.)

Глава шестая

Полемика Ньютона c Гуком и другими
по поводу оптических работ.
Гипотеза Ньютона о свете
(1672-1675)

Телескоп-рефлектор Ньютона предстал перед тогдашним ученым миром как совершившийся факт. Имелся готовый инструмент, более или менее совершенный, и спорить можно было только о приоритете, целесообразности и изменении деталей. Споры эти скоро заглохли. Иначе было встречено опубликование "Новой теории света и цветов", являвшейся до некоторой степени предпосылкой отражательного телескопа. Мысль о сложности белого света, открытие простых цветов, резкое разграничение физиологической и физической цветности и, наконец, неразрывная связь степени преломляемости с цветом были утверждениями совсем новыми и неожиданными для современников Ньютона. Неизбежная умственная инерция при усвоении нового воззрения сопровождалась длительной и ожесточенной борьбой. При получении мемуара Ньютона Королевское Общество избрало комиссию из трех лиц: астронома Сет Уорда, Бойля и Гука, для рассмотрения присланной рукописи. Через несколько дней Гук прислал свой, подробно мотивированный отзыв. Гук в дальнейшем имел важное значение в жизни Ньютона как его непременный критик и оппонент, и жизнеописание Ньютона немыслимо без некоторых сведений об этом замечательном человеке.

Роберт Гук, сын пастора, родился в 1635 г. и умер в 1703 г.; учился он в Оксфордском университете, специализировавшись по астрономии у Сет Уорда, и несколько лет работал вместе с Бойлем, помогая ему в знаменитых исследованиях над сжимаемостью воздуха. С 1663 года Гука пригласили "экспериментатором" в Королевское Общество. Его обязанностью было подготовлять и демонстрировать на заседаниях Общества различные опыты, как свои собственные, так и повторение и проверку опытов других лиц. Демонстрации Гука составляли основу заседаний Общества, без них Общество едва ли получило бы такую известность. По словам нового биографа Гука, не будет преувеличением назвать Гука фактическим создателем Общества.

Гук был физиком, химиком, астрономом и вместе с нем одаренным архитектором, по его проектам; в Лондоне построен ряд домов, учреждений и церквей (в том числе знаменитая больница Бедлама). Это был человек с оригинальной фантазией и изобретательностью. Живость ума, связанная с крайней неустойчивостью характера, отсутствием выдержки и настойчивости и болезненным самолюбием, была поистине роковой для Гука. Почти ни одно его изобретение, ни одна идея, ни, один опыт не доводились до конца, а бросались на полдороге. Возникали непрерывные недоразумения, обиды, зависть, споры из-за приоритета, заполнявшие жизнь Гука. Почти всякий талантливый ученый современник становился врагом Гука, потому что деятельность Гука в науке и технике была столь разносторонней, что постоянно приходилось затрагивать вопросы, так или иначе им изучавшиеся; поэтому разгорались споры о приоритете и даже плагиате. Постоянная торопливость в работе и незнакомство с литературой нередко приводили Гука к открытию уже известных фактов. Некоторые биографы, повторяя ошибку самого Гука, обвиняли последнего в сознательном плагиате. Оснований для этого мало. Гук был настолько талантлив и разносторонен, что не приходится сомневаться в оригинальности и самостоятельности большинства его опытов, идей и изобретений.

Рис. 14. Лондон времен Ньютона.
Вид больницы Бедлама, построенной по проекту Р. Гука.

Перу Гука принадлежит классическая "Микрография" (1665), занимающая важное место в истории физической оптики и микроскопии. С его именем связано первое обстоятельное изучение цветов тонких пластинок, причем он дал этому явлению толкование с точки зрения волновой теории света. Гук объяснял различные взаимодействия световых волн при встрече различием наклона поверхностей волн к направлению лучей. Понятия длины волны и фазы ему еще не были известны. Независимо от Гримальди, хотя и позднее его, Гук открыл явление диффракции, искривления света при прохождении его около острого края экрана (бритвы). Гуку принадлежат первые эскизы теории тяготения и теории горения, напоминающей современную; им впервые описано клеточное строение растений, он автор "закона Гука" в теории упругости, им введена температура замерзания воды в качестве основной термометрической точки.

Титульный лист "Микрографии" Роберта Гука

Из числа многочисленных изобретений Гука можно назвать пружинные часы, ареометр, проекционный фонарь, приборы для исследования дна моря, минимальный термометр, дождемер и т.д. *

* Почти все, известное о Роберте Гуке, можно найти на посвященном ему сайте. - V.V.

В 1935 г. издан большой дневник Гука, охватывающий восемнадцать лет (1662-1680). Дневник состоит из очень кратких записей, по которым, однако, можно судить о разнообразии занятий и интересов Гука и об огромном обществе, в котором он вращался. Общительность Гука отразилась хотя бы в том, что в его дневнике упоминается свыше сотни кофеен и трактиров, посещавшихся им.

Ясно, что по складу своего ума, жизни и характеру Гук был прямым антиподом настойчивому, замкнутому, терпеливому Ньютону, с его исключительной выдержкой, способностью проводить работу до конца и выжидать публикации работ целыми десятилетиями, математически точным умом и щепетильной аккуратностью в эксперименте. Судьба свела две эти противоположные натуры в Королевском Обществен и столкновение было неизбежным.

В своем отзыве о мемуаре Ньютона Гук отдает в нескольких строках должное тщательности и изяществу опытов Ньютона и соглашается с их правильностью. Он возражает, однако, против того, что гипотеза, извлекаемая Ньютоном из опытов, правильна и во всяком случае единственна. По мнению Гука, опыты Ньютона объясняются его собственной волновой теорией. Он не согласен с тем, что цвет является неотделимым, первоначальным свойством лучей. Утверждать, что все цвета содержатся как таковые в простом световом луче, было бы, по словам Гука, то же самое, что говорить о наличии всех звуковых в воздухе, заключающемся в органных мехах или в струне, из которой они добываются нажимами и ударами Разложение белого света в призме вызывается, по Гуку возмущением простого волнового движения в призме.

Замечания Гука, высказанные в краткой и мало обоснованной форме, содержали одно очень важное и верное возражение по поводу выводов Ньютона, ставшее понятным и общепринятым только два века спустя. Можно ли считать вполне несомненным, как это полагал Ньютон и однозначно вытекающим из опыта, что белый свет Солнца или других светящихся тел есть механическая смесь бесконечного числа простых цветов, слагающихся в нечто целое только в глазу? Ответ, вопреки Ньютону, оказывается, в значительной мере зависит от того, какое предположение сделать относительно природы света.

Если смотреть на свет как на поток частиц, извергаемых но всем направлениям светящимся телом (эмиссионная теория), то разные цвета могут соответствовать только разным световым частицам, и белый свет возникает только при одновременном действии разных частиц, - он будет смесью цветов спектра.

Иначе ставится вопрос в волновой теории света. Имеется ли необходимость рассматривать белый свет как смесь "правильных" гармонических колебаний, или же эти правильные колебания возникают как результат разложения некоторого сложного волнового движения (импульса), соответствующего белому свету? Шум, получающийся при ударе палкой по барабану, конечно, не чистый музыкальный гармонический звук, но, попадая на струны открытого рояля, он заставляет резонировать отдельные струны и таким способом разлагается на чистые тона. Наоборот, всякий шум можно искусственно воспроизвести, заставляя одновременно звучать много инструментов с чистыми тонами. В восьмидесятых годах прошлого века почти одновременно появились работы Гуи, Рэлея, Шустера и др., показавших, что белый свет с точки зрения волновой теории с одинаковым правом можно рассматривать либо как сумму простых гармонических колебаний (цвета спектра), либо как сложное движение, которое призмой - "анализатором" разлагается на гармонические колебания. В то время (очень недавнее) рациональнее было думать что белый свет Солнца и других источников являет- естественным "шумом", а не искусственным созвучием чистых "тонов" и, стало быть, Гук был ближе к истине, чем Ньютон.

Но с тех пор как выяснилась квантовая природа света, воззрение Ньютона получило снова некоторые права на существование. Энергия света сосредоточена, но нашим соременным представлениям, в монохроматических центрах - световых квантах, или фотонах. Энергия каждого такого фотона всегда равна  hn, где  n - монохроматическая частота световых колебаний (т. е. число колебаний в одну секунду) и h - постоянная величина, равная 6,62x10 ^-27. Белый свет непрерывный спектр - есть сумма, смесь фотонов со всевозможными частотами. На первый взгляд кажется, что такое утверждение внутренне противоречиво. В самом деле, если каждый фотон имеет конечную энергию, то каким же образом из таких; фотонов может сложиться непрерывный спектр со всевозможными частотами, число которых бесконечно? Решение этого парадокса состоит в следующем. Если бы можно было наблюдать свет от очень маленькой излучающей площадки и в течение достаточно короткого времени, то спектр представился бы нам состоящим из отдельных линий и полос. По причинам, связанным главным образом с волновыми свойствами света, эти линии не могут быть бесконечно тонкими. Кроме того, в случае белого света вид спектра должен быстро и беспорядочно меняться. Таким образом, то, что (называется белым светом или непрерывным спектром, в действительности есть статистическое среднее прерывных спектров, состав которых беспорядочно меняется во времени.

Ньютон ответил Гуку только через полгода. Ответ был написан с большим полемическим мастерством, и Ньютону пришлось высказаться по очень важным вопросам. Он сумел использовать все малообоснованные положения Гука и искусно обойти существенное. Ньютон высказывает свое отношение к волновой теории света, подчеркивая ее преимущества и указывая одновременно основной, по его мнению, недостаток. Тут же впервые им дается эскиз компромиссной теории, соединяющей достоинства корпускулярной и волновой гипотез.

“Справедливо, - говорит Ньютон, - что я заключаю из моей теории о телесности света, но я делаю это без всякой абсолютной определенности, что и указывается словом «может быть». Это заключение в крайнем случае только очень вероятное следствие моей доктрины, а не основная предпосылка.

...Положим даже, что я упорно настаиваю на этой гипотезе; и в этом случае я все же (не понимаю, почему мой противник так возражает против нее: эта гипотеза значительно ближе к его собственной, чем он думает. Колебания эфира одинаково полезны и нужны и в той и в другой. Ибо, если мы предположим, что световые лучи состоят из маленьких частиц, выбрасываемых по всем направлениям светящимся телом, то эти частицы, попадая на преломляющие или отражающие поверхности, должны возбудить в эфире колебания столь же неизбежно, как камень, брошенный в воду. Если мы предположим, что эти колебания имеют различную ширину или толщину в зависимости от того, какой величины или скорости были телесные лучи, их возбудившие, то польза таких колебаний для объяснения отражения и преломления света, образования тепла солнечными лучами, излучения света накаленными, гниющими и прочими веществами, частицы которых находятся в сильном движении, для объяснения явлений цветов тонких прозрачных пленок и мыльных пузырей и всех других естественных тел, для объяснения зрения, различных цветов, их гармонии и дисгармонии не ускользнет от внимания тех, которые считают целесообразным затратить труд на применение гипотезы к объяснению явлений.

...Колеблющиеся частицы светящегося тела возбуждают в зависимости от их различных величин, формы и движений колебания в эфире различной глубины или толщины. (Как видно из дальнейшего, Ньютон называет глубиной или толщиной колебания то, что принято называть длиной волны.- С.В.) Если такие колебания, не разделяясь, проходят через среду в наш глаз, то они возбуждают ощущение белого света, если же каким-либо способом они отделяются друг от друга, соответственно их неравным величинам, то они вызывают ощущение различных цветов; самые большие колебания вызовут ощущение красного, самые малые, или короткие, глубокий фиолетовый, промежуточные же колебания вызовут промежуточные цвета.

Естественно предположить, что наибольшие колебания наиболее приспособлены для преодоления сопротивления" преломляющих поверхностей; поэтому они проходят с наименьшим преломлением. Таким образом из гипотезы само собой вытекает различное преломление различных цветов”.

Упомянув мимоходом об этом гипотетическом объяснении дисперсии, Ньютон переходит затем к объяснению цветов тонких пластинок:

“Согласно этой гипотезе - говорит он, - ясно без дальнейшего, что только от толщины тонкой прозрачной пленки или мыльного пузыря будет зависеть то, отразится ли колебание от задней поверхности пленки, или пройдет наружу, так что соответственно различным толщинам пленки будут пропускаться или отражаться различные цвета. Колебания, вызывающие синий и фиолетовый цвета, короче тех, которые вызывают красный или желтый; поэтому они и должны отражаться при меньшей толщине пленки и т.д...

Мне кажется, что все это - ясные, первоначальные и необходимые следствия гипотезы, и они столь хорошо согласуются с моей теорией, что если мой противник считает их верными, то он не должен бояться крушения своей гипотезы. Я не знаю, однако, каким образом он может защищать свою гипотезу против других затруднений. По моему мнению, не возможно его основное положение о том, что волны или колебания какой-либо жидкости распространяются по прямым линиям, не загибаясь и не распространяясь по тем направлениям в покоящейся среде, которой они ограничены. Или я глубоко заблуждаюсь, или опыт и наблюдение приводят к обратному выводу”.

За Ньютоном укоренилась считавшаяся, по крайней мере - в XIX веке, “худой” слава создателя и ярого защитника корпускулярной, или эмиссионной теории света. Приведенные слова Ньютона красноречиво доказывают, что едва ли среди современников Ньютона, не исключая Гюйгенса и Гука, были физики, столь ясно представлявшие себе всю пользу волновой теории и ее основные черты. Основное возражение Ньютона против волновой теории, которое мы привели в конце, сводящееся к невозможности объяснить прямолинейное распространение света, удалось устранить только Френелю спустя 150 лет при помощи принципа интерференции. Гюйгенс объяснил прямолинейность распространения света на основании теории волн явно ошибочно. Ньютон выступает с компромиссной гипотезой, пользуясь преимуществами эмиссионного и волнового воззрения. Дальше мы увидим, какую эволюцию испытали эти первоначальные взгляды Ньютона.

Почти одновременно с Гуком критиками теории Ньютона выступили другие оппоненты: Гюйгенс, иезуиты Пардис, Линус и другие. Гюйгенс безуспешно пытался защищать возможность составления белого света из желтого и синего. Возражения Пардиса основывались на пресловутых конечных размерах солнечного диска, о которых уже пришлось говорить ранее; Линус неумело повторял опыты Ньютона.

На ряду с явными критиками были и скрытые. Флэмстид, имевший звание “королевского астронома” (о нем нам придется еще неоднократно говорить), в письме к Коллинсу выражал сомнение в правильности выводов Ньютона. Но были, конечно, и лица, вполне понявшие и оценившие работу Ньютона. Джемс Грегори писал Коллинсу: “Я был крайне поражен опытами мистера Ньютона; они, по всей видимости, вызовут великие перемены во всей системе натуральной философии, если только факты верны, в чем я не сомневаюсь”.

Ньютон втягивался в полемику, приходилось писать длинные письма критикам, проходившие через руки секретаря Королевского Общества Ольденбурга. Ньютона раздражали необоснованные возражения, оскорбляла квалификация его выводов как гипотезы - слово, которого он не выносил.

“Вы знаете, - писал он Ольденбургу, - что истинный метод открывать свойства вещей-вывод их из опыта. Я говорил Вам уже, что моя теория доказательна для меня... не только потому, что опровергаются все другие, противоположные предположения, но потому, что она вытекает из положительных и прямо решающих опытов”.

Отвечая второй раз иезуиту Пардису через Ольденбурга, Ньютон снова раздражительно повторял:

“Я прежде всего замечу, что учение мое о преломлении света и цветах состоит единственно в установлении некоторых свойств света без всяких гипотез о его происхождении.

Ведь самым лучшим и надежным методом в исследовании природы служит прежде всего открытие и установление опытами свойств этих явлений, а гипотезы относительно их возникновения можно отложить на второй план. Эти гипотезы должны подчиняться природе явлений, а не пытаться подчинять ее себе, минуя опытные доказательства. И если кто создает гипотезу только потому, что она возможна, я не вижу, как можно в любой науке установить что-либо с точностью: ведь можно придумывать все новые и новые гипотезы, порождающие новые затруднения”.

Далее Ньютон повторяет то, что до него заявлял еще его учитель Барроу в “Лекциях по оптике”:

“Я считаю светом какую угодно сущность или силу (будь то вещество или какая угодно сила этого вещества, действие или качество), которая, исходя по прямым от светящегося тела, дает возможность зрения”.

Но все эти попытки забронироваться непререкаемым опытом и математикой не спасали Ньютона от новых возражений и дальнейшей полемики.

Критики прибегали к неизбежному аргументу о конечных размерах солнечного диска (Пардис), о влиянии облаков на опыты и измерения Ньютона (Линус), и в большинстве случаев плохо и небрежно повторяли его опыты, что приходилось длинно разъяснять и исправлять.

Ньютон все больше убеждался в своем превосходстве в умении экспериментировать. Этим, повидимому, приходится объяснить, что он не обратил должного внимания и на опыты Люкаса из Льежа, отличавшиеся от других как тщательностью, так и инициативой.

О жизни Ньютона в рассматриваемые годы (1672-1676) дошли только отрывочные сведения. Занятия его были очень разносторонними. Помимо чтения лекций по оптике, Ньютон составил добавления к переводу распространенной алгебры Кингейзена, читал лекции по географии, в связи с чем издал с собственным добавлением курс географии Варениуса.[18] К сожалению, до сего времени характер и степень обработки, произведенной Ньютоном при издании этой известной книги, повидимому совсем не изучены. Известно только по сохранившемуся каталогу библиотеки Ньютона, что он многое читал по географии, в частности и по географии России.

Весной 1673 г. Ньютон выступил одним из кандидатов на кафедру гражданского права в Тринити колледже (low-fellowship), но предпочтение (по соображениям специализации) было отдано другому кандидату. Повидимому, в виду истечения по нормальным правилам членства в колледже в 1675 г., Ньютон таким способом пытался закрепить за собой место.

Сохранилось несколько писем Ньютона, относящихся к периоду 1672-1675 гг., свидетельствующих о его раздражительности и подавленном настроении в это время. В письме к Ольденбургу от 8 марта 1673 г. Ньютон обращается к секретарю Королевского Общества со странной просьбой вычеркнуть его из списков членов; мотивируется эта просьба бесполезностью пребывания в Обществе и невозможностью посещать его заседания за дальностью расстояния между Лондоном и Кембриджем. К счастью для Общества, Ольденбург сумел отговорить Ньютона от его намерения, причем спустя два года Ньютон был освобожден от обязательного ежемесячного членского взноса в 1 шиллинг. В следующем письме от 23 июня 1673 г. Ньютон пишет Ольденбургу, что не желает больше заниматься естественными науками и отказывается отвечать на критические статьи и письма.

В январе 1676 г. он в письме к Ольденбургу ссылается на какие-то дела, возложенные на него недавно друзьями, а также на личные дела, “занимающие в настоящее время все мои мысли и все мое время”. Эти дела, отвлекавшие Ньютона, остались невыясненными; возможно, что дело идет о химических занятиях и (опытах Ньютона, к которым придется вернуться позднее.

18 ноября 1676 г. Ньютон снова пишет Ольденбургу:

“...Я вижу, что сделался рабом философии. Когда я освобожусь от дела мистера Люкаса, я решительно и навсегда распрощусь с философией за исключением работы для себя и того, что я оставлю для опубликования после смерти; я убедился, что либо не следует сообщать ничего нового, либо придется тратить все силы на защиту своего открытия”.

Трудно указать подлинные причины этих странных настроений Ньютона. Критические нападки в худшем случае отнимали у него время, отвлекая от текущей работы. Во всех спорах Ньютон неизбежно выходил победителем, даже в тех случаях, когда он был не совсем прав; авторитет его в этой борьбе и спорах только возрастал. Сама по себе длительная и живая полемика в течение четырех лет была доказательством большого интереса к исследованиям Ньютона. При таких условиях угнетенное, раздражительное состояние Ньютона должно было вызываться какими-то другими причинами, оставшимися до сих пор неизвестными.

В эти годы, впрочем, Ньютон не прекращал теоретической и экспериментальной работы. Продолжались опыты со светом; Ньютон приступил к изучению цветов тонких пластинок и явления диффракции и разрабатывал анализ бесконечно малых. Коллинс, бывший добровольным посредником между учеными и выполнявший своеобразную роль научной газеты, 19 октября 1675 г. писал Грегори, что он уже около года не говорил с Ньютоном и не видал его, так как не хотел мешать ему в его химических изысканиях и опытах; при этом Коллинс почему-то замечает, что математические спекуляции кажутся Барроу и Ньютону в конце концов сухими и бесплодными.

В конце 1675 г. Ньютон прислал в Королевское Общество обширный мемуар под длинным заглавием: “Теория света и цветов, заключающая гипотезу объяснения свойств света, изложенных автором в предыдущих мемуарах, а также описание наиболее существенных явлений различных цветов тонких пластин и мыльных пузырей, равным образом зависящих от ранее характеризованных свойств света”. Поводом к возникновению этого мемуара, стоящего особняком в писаниях Ньютона, послужили, повидимому, новые исследования Гука над цветами тонких пластинок и явлениями огибания света при прохождении мимо острого края экрана (бритвы). Длинный мемуар Ньютона читался в нескольких заседаниях Общества.

В сопроводительном письме к Ольденбургу Ньютон объясняет, почему он решился опубликовать свою гипотезу:

“Я предполагал ранее не опубликовывать никогда никаких гипотез о свете и цветах, опасаясь быть вовлеченным  в бесполезные пререкания. Надеюсь, однако, что мое намерение не отвечать на возражения, публично заявленное, делает излишними мои опасения. Я полагал, что подобная гипотеза сделает значительно нагляднее тот мемуар, который я Вам обещал; как раз на этой неделе у меня было свободное время, и я не удержался, добавив гипотезу, наскоро собрав свои мысли, не заботясь о том, будут ли их считать вероятными или невероятными. Из плохого почерка и поправок вы увидите, что я писал наскоро и не имел времени переписать мемуар”.

В тексте самого мемуара Ньютон неоднократно и настойчиво подчеркивает, что считает предлагаемую гипотезу для себя необязательной. Основные черты этой гипотезы Ньютон уже приводил в своем ответе на возражения Гука, о котором говорилась выше. Снова выдвигалось компромиссное предположение, в котором сливаются преимущества волновой и эмиссионной теорий. Световые частицы возбуждают колебания в эфире, находящемся в веществе и около него. Ньютон довольно подробно развивает свое представление об эфире:

“Мы предполагаем, что эфир подобен воздуху, только более тонок, и упруг; он не однороден и состоит из некоторой грубой материи и различных эфирных жидкостей; эта неоднородность следует, повидимому, из наличия электрических и магнитных истечений тел и из существования начала тяжести”.

Ньютон описывает некоторые свои электростатические опыты и заключает, что он не может себе представить вызываемых при этом движений иначе как при помощи испаряющейся и вновь конденсирующейся эфирной материи. Подобным же образом сила притяжения Земли истолковывается постоянной конденсацией некоторой эфирной жидкости на Земле. Возникающие вследствие этого эфирные потоки по направлению к Земле прижимают тела к Земле с силой, пропорциональной поверхности этих тел.

“Солнце подобно Земле может также всасывать эту субстанцию, сохраняя таким образом способность светиться и препятствуя планетам удаляться от него” [19].

Эфир, однако, проникает во все тела не беспрепятственно; поэтому в телах он менее плотен, чем в окружающем пространстве, и в одних телах плотнее, чем в других. Ньютон указывает на возможность объяснения при помощи эфира сцепления, упругости, мускульных движений, отмечая, однако, затруднения в последнем вопросе.

“По моему мнению, - говорит Ньютон, возвращаясь к оптической проблеме, - свет нельзя определять, как эфир или его движение; свет - это нечто, распространяющееся различным образом от светящихся тел... Можно предполагать, что свет - это материальная эманация или движение, или импульс, вызывающий движение, или еще что-нибудь иное, что может показаться более удобным. Я полагаю только, что свет состоит из лучей, отличающихся друг от друга случайными обстоятельствами, величиной, формой или силой, так же как отличаются морские песчинки, волны на озере или человеческие лица. Далее я мог бы утверждать относительно света, что он отличен от колебаний эфира, ибо иначе были бы невозможны тени и совершенно непрозрачные тела.

Несмотря на различие света и эфира, - продолжает Ньютон, - я предполагаю, что свет и эфир действуют друг на друга таким образом, что при движении луча по эфиру не одинаковой плотности луч получает непрерывные удары в сторону более разреженного эфира и загибается в эту сторону... Для объяснения того, почему из числа лучей, падающих на ту же самую прозрачную поверхность, некоторые постоянно отражаются, другие же пропускаются, предположим, что при взаимодействии света и эфира последний в телах приводится световыми лучами в колебания. В результате таких колебаний эфир попеременно сжимается и расширяется. Лучи, попадающие на сжатый эфир, очевидно, отражаются, попадающие на разреженную часть, на интервал между двумя колебаниями, пропускаются”.

Далее Ньютон переходит к объяснению колец, видимых между плотной пластинкой и линзой.

“Если наложить выпуклую пластинку на плоскую, - говорит он, - то толщины воздушного слоя, находящегося в промежутке, будут относиться между собой, как расстояния соответствующих слоев от точки прикосновения линзы и пластинки. Отсюда следует, что пропущенный и отраженный свет расположится по чередующимся кольцам вокруг места соприкосновения. В однородном свете образуются светлые и темные кольца, радиусы которых будут находиться в определенном отношении к толщине соответствующих слоев и к длине волн.

Красный и желтый свет возбуждает в эфире волны другой величины, чем синий и фиолетовый, поэтому для данных цветов цветные кольца будут иметь другие размеры - наименьшие для синего света и наибольшие для красного; по этой же причине белый солнечный свет разложится на цветные кольца. Если имеется не воздушный слой, а водяной, стеклянный и т. д., то нужно предполагать, что в более разреженном эфире волны будут короче, чем в плотном, соответствующие цветные кольца будут, следовательно, в плотной среде с меньшим радиусом”.

В связи с изложенным представлением о происхождении цветов тонких пластинок Ньютон предполагает, что колебания, возбуждаемые световыми лучами в эфире, распространяются быстрее, чем сами лучи.

Гипотеза Ньютона, изложенная в совершенно эскизной форме, явно приурочена к явлениям цветов тонких пластинок, о которых сообщается во второй части мемуара. Мы перейдем в следующей главе к описанию этих изумительных опытов Ньютона, опередивших по своим результатам медленное развитие физики более чем на столетие и вполне оцененных только Юнгом и Френелем. Ньютон впоследствии не применял своей гипотезы; основательно забыли ее современники и потомство. Главная причина этого заключалась в большой неопределенности и отсутствии количественной математической разработки гипотезы. Учение о волновых движениях в упругой среде еще не начинало развиваться.

Конечно, впоследствии, когда Ньютон почти нацело перешел к изучению механических явлений, он мог бы приступить к решению и этой задачи. Ему удалось впоследствии, например, решить задачу о скорости распространения волн в упругой среде; но в это время оптические работы были отложены в сторону, на очереди были другие, не менее важные задачи. Следует отметить, что Ньютон, по аналогии с воздушными звуковыми явлениями, оперирует в своей гипотезе с продольными эфирными колебаниями. Интерференционный принцип, возможность наличия темноты в месте взаимной встречи двух световых пучков, был, как можно судить по приведенным выдержкам, совершенно чужд Ньютону. К ньютоновой попытке соединения теории истечения и волновой теории физика все же время от времени возвращается, забывая при этом о первоисточнике.

В 1842 г. Н.И. Лобачевский попытался, например, так соединить эмиссионную и волновую теории [20]:

“Поток эфира, встречая препятствия на пути, приходит в волнение, подобно тому как вода в реке, встретив плотину, поднимается волной, разделяется на две струи, между которыми проходит пустота, наконец, вода соединяется снова в общий поток; или подобно воздуху, который, встречая препятствие, также волнуется, разделяется на два потока с пустотой между ними... Падение воды за плотиной и пустота, воздухом оставляемая за стеной, отвечают, следовательно, брошенной тени позади непрозрачных тел, вместе представляют нам уклонение света к средине тени”.

Взгляды на природу света после Ньютона менялисьнепрерывно вплоть до нашего времени. В XVIII в., как и раньше, еще не было решающих доводов в пользу корпускул или волн. Волны, например, защищал Эйлер, а корпускулы Бошкович и Лаплас. Однако после интерференционных опытов Юнга и Френеля победа волн казалась окончательной. В XIX в. с очевидностью выяснилась не механическая, а электромагнитная природа этих волн, и решение, казавшееся простым, вновь стало мало понятным. Открытие квантов энергии и действия на самом пороге нашего столетия полностью перевернуло представления о свете. Идея корпускул, на этот раз конкретизировавшихся в виде световых квантов, или фотонов, казалась снова воскреснувшей. Во всяком случае в течение примерно десятилетия в оптике воцарился дуализм: явления, относящиеся к распространению света, умели рассматривать только с волновой точки зрения, действия же света на вещество были понятны только на основе представления о корпускулах, или фотонах.

В это время уместно было бы вспомнить слова И. Барроу:

“Оба представления о свете встречаются с равными трудностями. Поэтому я склоняюсь к мнению, что свет может порождаться обоими родами движения, как телесным истечением, так и непрерывными импульсами. Может быть, лучше приписывать некоторые действия одному, а иные другому”.

Выход из такого невозможного дуализма по рецепту Барроу был найден в квантовой волновой механике, в своеобразном синтезе, объединении корпускул и волн. Разумеется, этот синтез чрезвычайно далек от ньютонова компромисса. Строго говоря, в новой теории света нельзя говорить ни о волнах, ни о Корпускулах: реальность более сложна и не поддается механическому уподоблению или модели. Учитывая это, все же нельзя не удивляться широте и гениальной прозорливости Ньютона, интуитивно угадавшего в XVII в. двусторонность световых явлений.